우주에서 지구로 태양열을 전송하려는 노력

연구자들은 우주에서 태양열을 생산하고 이를 무선으로 지구로 전송하는 실험을 진행하고 있습니다.

영국이 설계한 CASSIOPeiA 태양광 위성 시뮬레이션. 사진: Space Solar

CNN 에 따르면, 캘리포니아 공과대학교(Caltech)의 전기공학 교수인 알리 하지미리는 10년 동안 태양 전지를 우주로 발사하여 지구로 에너지를 되돌려 보내는 방법을 연구해 왔습니다. 올해 하지미리와 그의 동료들은 우주에서 태양광 발전을 실현하기 위한 또 다른 진전을 이루었습니다. 2023년 1월, 그들은 유연하고 초경량 송신기를 장착한 30cm 길이의 시제품인 메이플(Maple)을 발사했습니다. 그들의 목표는 태양에서 에너지를 수집하여 우주에서 무선으로 전송하는 것입니다. 연구팀이 수집한 전력량은 LED 전구 두 개를 작동시키기에 충분한 양이었습니다.

하지만 연구진의 더 큰 목표는 메이플이 지구로 에너지를 되돌려 보낼 수 있는지 확인하는 것이었습니다. 2023년 5월, 연구팀은 어떤 일이 일어날지 알아보기 위한 실험을 진행하기로 결정했습니다. 캘리포니아주 패서디나에 있는 칼텍 캠퍼스 옥상에서 하지미리와 다른 몇몇 과학자들은 메이플의 신호를 포착했습니다. 그들이 감지한 에너지는 너무 작아서 활용하기 어려웠지만, 우주에서 무선으로 전기를 전송하는 데는 성공했습니다.

우주에서 태양광 발전을 생산하는 것은 그리 복잡한 아이디어가 아닙니다. 인간은 우주에서 태양의 막대한 에너지를 활용할 수 있습니다. 태양은 악천후, 구름, 밤이나 계절의 영향을 받지 않고 항상 사용할 수 있는 전기원입니다. 이를 위한 다양한 아이디어가 있지만, 작동 원리는 다음과 같습니다. 지름 1.6km가 넘는 태양 위성을 고고도 궤도에 발사합니다. 위성의 거대한 크기 때문에, 위성은 레고 블록처럼 수십만 개의 작고 대량 생산된 모듈로 구성되며, 이 모듈들은 우주에서 자동화된 로봇에 의해 조립됩니다.

위성의 태양 전지판은 태양 에너지를 수집하여 마이크로파로 변환한 후, 초고주파 신호 송신기를 통해 무선으로 지구로 전송합니다. 이 신호는 지상의 특정 위치까지 높은 정밀도로 전송될 수 있습니다. 마이크로파는 구름이나 악천후를 쉽게 통과하여 지구의 수신 안테나로 향합니다. 이후 마이크로파는 다시 전기로 변환되어 전력망에 공급됩니다.

수신 안테나는 직경이 약 6km이며 육지 또는 해상에 설치할 수 있습니다. 격자형 구조물은 거의 투명하기 때문에 안테나 아래의 토지는 태양광 패널, 농장 또는 기타 용도로 사용할 수 있습니다. 우주에 있는 태양열 수집 위성 하나는 2기가와트의 전력을 공급할 수 있는데, 이는 미국 중형 원자력 발전소 두 개에 해당하는 양입니다.

이 기술의 가장 큰 장벽은 발전소를 궤도에 올리는 데 드는 높은 비용이었습니다. 하지만 지난 10년 동안 SpaceX와 Blue Origin 같은 기업들이 재사용 가능한 로켓을 개발하기 시작하면서 이러한 상황은 변화하기 시작했습니다. 현재 발사 비용은 킬로그램당 약 1,500달러로, 1980년대 초 우주왕복선 시대보다 약 30배 저렴합니다.

이 아이디어를 지지하는 사람들은 우주 기반 태양광 발전이 막대한 에너지 수요를 가지고 있지만 기반 시설이 부족한 선진국에 에너지를 공급할 수 있다고 주장합니다. 또한 매년 몇 달 동안 칠흑 같은 어둠 속에 갇혀 있는 북극의 외딴 마을과 마을들에도 에너지를 공급하고, 자연재해나 분쟁으로 정전이 발생하는 지역 사회에도 도움을 줄 수 있습니다.

개념 설계에서 상용화까지는 아직 갈 길이 멀지만, 전 세계 정부와 기업들은 우주 태양광 발전이 증가하는 청정 전력 수요를 충족하고 기후 위기 해결에 기여할 수 있다고 믿습니다. 미국 공군 연구소는 2025년에 아라크네(Arachne)라는 소형 실험용 로켓을 발사할 계획입니다. 미국 해군 연구소는 2020년 5월 궤도 시험용 로켓에 모듈을 탑재하여 우주 환경에서 태양광 발전 하드웨어를 시험했습니다. 중국 우주기술연구원은 2028년에 저궤도, 2030년에 고궤도에 태양 전지 위성을 발사할 계획입니다.

영국 정부는 독자적인 연구를 수행하여 2기가와트의 전력을 공급할 수 있는 1.7km 길이의 위성인 CASSIOPeiA와 같은 설계를 통해 우주에서의 태양광 발전이 기술적으로 가능하다는 결론을 내렸습니다. 유럽 연합 또한 우주에서의 태양광 발전의 기술적 타당성을 확인하기 위한 솔라리스 프로그램을 개발하고 있습니다.

캘리포니아에서 하지미리와 그의 팀은 지난 6개월 동안 차세대 설계를 위한 데이터를 수집하기 위해 프로토타입의 스트레스 테스트를 진행했습니다. 하지미리의 궁극적인 목표는 수십억 개의 부품이 완벽하게 동기화되어 필요한 곳에 에너지를 공급하는, 우주에서 운반, 발사, 그리고 펼칠 수 있는 유연하고 가벼운 돛 시리즈를 제작하는 것입니다.

안캉 ( CNN 에 따르면)

소스 링크: https://vnexpress.net/thu-nghiem-truyen-dien-mat-troi-tu-vu-tru-ve-trai-dat-4694273.html